В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 27
Текст из файла (страница 27)
1.5). Применение алмаза в технике связано в первую очередь с его твердостью. Технические алмазы используют для резки стекла. С помощью алмазных наконечников бурят горные породы, сверлят и режут металлы и камни. Из порошка графита прессованием получают электроды, грифели для карандашей, мелко измельченный графит входит в состав красок. Смешанный с машинным маслом, графит является хорошим смазочным материалом.
Высокая жаропрочность позволяет использовать графит для изготовления литейных форм, облицовки внутренних поверхностей печей. Из смеси графита и глины изготовляют тигли, используемые для выплавки металлов. Благодаря способности замедлять и поглощать нейтроны, графит используют в атомных реакторах. Все аллотропные формы углерода обладают хорошими адсорбционными свойствами и способны поглощать довольно большие количества различных газообразных вешеств. В химических реакциях углерод быть как окислителем, так и восстановителем. Окислительные свойства углерод проявляет только в реакциях с металлами и с водородом: Са + 2С = СаСз (карбид кальция), С + 2Нз = СН4. Наиболее характерны для углерода восстановительные свойства, которые он проявляет в реакциях с неметаллами: С+ Оз = СОг, С+ 2гз = Сг4 и оксидами металлов и неметаллов, отнимая у них кислород при нагревании; 2й)Оз+ 2С = й)з+ 2СОю 2СцО+ С = 2Сц+ СОю 2резОз+ ЗС = 44че+ ЗСОз.
Последняя реакция — одна из самых многотоннажных промышленных реакций. С ее помошью ежегодно получают более 2 млрд. тонн чугуна и стали. Оксид углерода (И) СΠ— угарный газ. В этой молекуле связь между атомами — тройная: С=О. Оксид углерода (11) — газ без цвета и запаха, плохо растворим в воде, сильно ядовит. В лаборатории его получают обезвоживанием муравьиной кислоты: НСООН н- СОТ+ НзО, или нагреванием цинка с карбонатом кальция: Хп+ СаСОз = ХпО+ СаО+ СОТ, э б.2. Неметаллы Ш (И) и Л~ (!4) группы — бор, углерод, кремний 139 промышленный способ: СОз+ С ~н 2СО. СΠ— сильный восстановитель.
Он легко окисляется кислородом воздуха: 2СО+ Оз = 2СОю а также отнимает кислород у оксидов металлов: СпО+ СО = Сп+ СОш СО часто называют несолеобразующим оксидом, хотя формально (по степени окисления С+~) ему соответствует муравьиная кислота НСООН. Эта связь подтверждается и реакцией СО с расплавленными щелочами, прн которой образуются соли муравьиной кислоты — формиаты: СО+ ХаОН = НСООИа. Смесь СО и Нз называют синтез-газом, это — ценное промышленное сырье для производства органических веществ. Применяя различные катализаторы и условия синтеза, из него получают метанол: СО+ 2Нз = СНзОН, альдегиды: Нз + СО + СНзСН=СНз — СНзСНзСНзСН вЂ” О, дизельное топливо (смесь алканов); пСО+ (2п+ 1)Нз = С„Нелл.т+ пНзО.
Оксид углерода (1Н) СОз — углекислый газ. Молекула СОз линейная, с двумя двойными связями: О=С=О. СОз — газ без цвета и запаха, растворим в воде. Его получают из карбоната кальция — в промышленности прокаливанием: СаСОз =' СаО+ СОю а в лаборатории — действием сильных кислот: СаСОз+ 2НС1 = СаС1з+ НзО+ СОз1. СОз — типичный кислотный оксид. Он реагирует с основными оксидами и осно- ваниями, образуя соли угольной кислоты; ВаО+ СОз = ВаСОз, Са(ОН)з + СОз = СаСОз(+ НзО, Са(ОН)з + 2СОз = Са(НСОз)з. Вторая реакция, которая приводит к помутнению известковой воды, является качественной на СОз. СОз — слабый окислитель, при нагревании реагирует с активными металлами.
Магний горит в атмосфере углекислого газа: СОз + 2Мп = 2МдО + С. 140 Гл. б. Химия неметаллое СОз — один из парниковых газов. Так называют газы, прозрачные в видимом диапазоне, но хорошо поглощающие ближнее ИК-излучение. Они частично задерживают тепловое излучение Земли. Повышенное содержание этих газов в атмосфере приводит к нарушению баланса между поглощенным Землей солнечным излучением и тепловым излучением, которое она испускает в космическое пространство.
В результате температура поверхности Земли медленно повышается, что приводит к сдвигу многочисленных равновесий в экосистеме, причем последствия этих сдвигов человечество пока надежно предсказать не в состоянии. Известковые материалы (ракушки) Животные СаСОз; известняк, мрамор,мел з со Метаболизм Выеетриеание аром. ароиесс Ископаемое топливо (природный газ, нефть, уголь, торф) Рис.
6.8. Круговорот СОз в земной коре Превращения СОз в земной коре показаны на рис. 6.8. Основные источники СОо — процессы метаболизма растений и животных, реакции сгорания, как природные, так и промышленные, а также промышленные реакции — разложение СаСОз: СаСОз = СаО+ СОз'~, производство чугуна и стали 2резОз + ЗС = 4ге+ ЗСОз'~, производство цемента и другие. Деятельность человека приводит к тому, что еже- годно в атмосферу выбрасывается более 30 млрд. тонн СОз.
Основной механизм удаления СОз из атмосферы — фотосинтез в бактериях и зеленых растениях; 6СОз+ 6НзО = (СНоО)а+ 60з (в этой реакции СОо окисляет воду). Современное содержание СОт в атмосфере составляет 389 рргп (частей на миллион), или 0,0389%. Это значительно больше, чем было 50 лет назад (310 рргп), однако пока неизвестно, близка ли эта величина к критическому значению, за которым начнутся необратимые изменения климата, или нет. Э6.2.
Неметаллы П1 (13) и Л~ (!4) группы — бор, углерод, кремний 141 Углекислый газ — это ангидрид угольной кислотьс НзСОз, слабой, неустойчивой двухосновной кислоты. Она образуется при растворении СОз в воде: К~ ке НзО+ СОз ~~ — НзСОз ~~ — Н++ НСОз ~ — 2Н++ СОз Угольной кислоте соответствуют два ряда солей: средние — карбонаты (СО~~ ) и кислые — гидрокарбонаты (НСО ).
Качественная реакция на эти соли — выделение СОз при действии на них сильных кислот. Взаимные переходы между карбонатами и гидрокарбонатами осуществляются под действием кислот или оснований: СаСОз+ СОз+ НзО = Са(НСОз)ю Са(НСОз)з + Са(ОН)з = 2СаСОз + 2НзО. Из солсй угольной кислоты наибольшее практическое значение имеют сода НазСОз и ее кристаллогидрат ХазСОз . 1ОНзО (кристаллическая сода), поташ КзСОз, мел, известняк и мрамор, имеющие состав СаСОз. Кремний Я вЂ” второй по распространенности элемент в земной коре.
Простое вещество 5! существует в виде двух аллотропных модификаций: кристаллический кремний — темно-серое вещество с металлическим блеском, имеет алмазоподобную структуру с прочными ковалентными связями Я-51; аморфный кремний— бурый порошок, более реакционноспособен по сравнению с кристаллическим. Кремний получают восстановлением оксида кремния (1Ч) при нагревании с помощью магния или углерода: 5!Оз + 2МК = Я + 2МпО, ЯОз + 2С = 5! + 2СО(.
Кремний реагирует с неметаллами: 51+ Оз = 510з (кремнезем), Я + С = 51С (карборунд) и металлами: 2МК+ 51 = Мпз51 (силицид магния), а также растворяется в щелочах: 5! + 2НаОН + НзО = 1ЧазЯОз + 2Нз !. Силан 5!Н4 — простейшее водородное соединение кремния. Это — бесцветный ядовитый газ. Он образуется при действии кислот на силициды металлов: Мпз51+ 4НС! = 2МКС!з + 5!Не~. Силан — сильный восстановител!и 5!Нл + 20з = 5!Оз + 2НзО, при нагревании распадается на простые вещества: 51Н4 = 51+ 2Нз 142 Гл. 6. Химия неметаллов Оксид кремния (кремнезем) 5!О» — твердое тугоплавкое вещество.
Это — главный компонент большинства горных пород. Он образует несколько кристаллических (полиморфных) модификаций — все они имеют каркасное строение и состоят из тетраэдров [5!0«), образующих очень прочную атомную решетку: Каждый атом кремния в кристаллах окружен четырьмя атомами кислорода, каждый из которых является мостиковым и связывает под разными углами тетраэдры 15!04). В результате образуется непрерывная трехмерная решетка.
При медленном охлаждении расплав кремнезема образует аморфную модификацию — кварцевое стекло. Плотность аморфного стекла равна 2,20 г/смз — ниже, чем у всех кристаллических модификаций. Кварцевое стекло практически не расширяется при нагревании, поэтому его используют для изготовления химической посуды и проведения химических реакций при высоких температурах.
Все формы 5!Оз в воде практически нерастворимы, при обычных условиях на них действуют лишь фтор, газообразный фтороводород, растворы щелочей и плавиковая кислота: 5!О»+ 2КОН = Кз5!Оз+ НзО, 5!О» + 4НГ = 5!Р«) + 2Н»0. Последняя реакция используется при «травлении» стекла. Оксид кремния — типичный кислотный оксид, поэтому при сплавлении он реагирует с основными оксидами, щелочами и карбонатами с образованием силикатов: 5!Оз + СаО = Са5!Оз, 5!Оз + ХазСОз = Маз5!Оз + СОз), 5!Оз + 2НаОН = Ыаз5!Оз + НзО !. Приведенные выше реакции лежат в основе промышленного получения различных стекол, а также»!емента. Обычное стекло, имеющее примерный состав НазО СаО 65!Ою получают сплавлением смеси соды, песка и известняка при температуре 1400'С до полного удаления газов: НазСОз + СаСОз + 65!Оз = МазО СаО .
65!Оз + 2СОз !. При добавлении оксидов бария, свинца и бора получают специальные сорта стекол — огнеупорные, небьющиеся. Для получения цветных стекол вносят также различные добавки оксидов переходных металлов, например добавка оксида кобальта СоО дает синий цвет, оксида хрома СгзОз — зеленый, диоксида марганца МпОз— розово-фиолетовый. Кремниевьсе кислоты получают действием минеральных кислот на растворы силикатов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
